讓科學探究真實發生

劉海濤

摘 要：科學探究是物理課程內容之一，又是重要的學習方式.通過對課程標準和教材的研讀，給出了凸透鏡成像規律科學探究教學設計活動過程，體會真實性科學探究.

關鍵詞：科學探究;初中物理;凸透鏡成像

文章編號：1008-4134（2020）06-0041 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

《義務教育物理課程標準（2011版）》明確指出，科學探究既是學生的學習目標，又是重要的學習方式[1].實際教學中，教師囿于課堂時間、教學觀念等原因，往往對科學探究過程進行程式化處理，學生機械地按照教師給出的步驟操作，較少有深度思維發生，其本質依然是學生處于被動接受的狀態.因此，深刻理解和領會科學探究本質，讓科學探究真實發生，對于促進課程改革、凸顯物理課程理念、發展核心素養等方面都有著十分重要的作用.下面以凸透鏡成像規律為例，談談如何實施真實的科學探究教學.

1 教學過程

活動一 觀察凸透鏡所成的像.

教師：同學們看，調節凸透鏡、白紙（光屏）到合適的位置時，我們發現白紙上出現了教室對面圖書館的像.（活動時拍攝的照片如圖1所示）

學生：哇，好神奇！

教師：要想在光屏上接到凸透鏡所成的像，是否需要什么條件呢？

活動二 學生嘗試在光屏上找像.

教師：接下來，同學們自己動手試一試，看能否找到凸透鏡所成的像.

（教師向學生出示光具座，用LED燈做成的字母“F”光源作為發光物體，如圖2所示.）

學生：自己摸索在光屏上找到物體的像.

教師：同學們都在光屏上找到了像，你們有什么發現嗎？

學生1：光屏上的像有時比物體大，有時比物體小.

學生2：光屏上的像都是倒立的.

教師：你們發現什么情況能得到放大的像，什么情況下能得到縮小的像呢？

學生：物體離凸透鏡較近的時候，得到的像較大;物體離凸透鏡較遠時，得到的像較小.

教師：由此可見，物體到凸透鏡的距離，可能會影響到成像的性質.我們把物體到凸透鏡的距離叫做物距.

教師：同學們在用光屏去承接像時，光屏放的位置需要改變嗎？

學生：要改變，而且縮小像時，光屏要離凸透鏡近點，放大像時，光屏要離凸透鏡遠點.

教師：由此可見，在用光屏去承接像時，對光屏放的位置也是有一定要求的.接下來，我們就通過實驗探究，要想在光屏上得到大小不同的像，物體和光屏究竟應該放在什么位置（即物距、像距是多少）？有何規律？

活動三 在光屏上找縮小的像，記錄物距和像距.

教師：同學們的實驗臺面上有兩種不同規格的凸透鏡，焦距分別是10cm和5cm，請同學們任意選擇一種或兩種進行實驗，在光屏上找到一個縮小的像，并記錄物距和像距填入表1中.為了能準確找到成像的規律，要進行多次實驗.

學生：動手操作，尋找縮小的像.

教師：巡視，指導個別學生進行實驗操作，請學生把有代表性數據填入表格.

活動四 在光屏上找放大的像，記錄物距和像距.

學生：選擇不同焦距的凸透鏡進行實驗，記錄實驗數據.

教師：巡視，指導個別學生進行實驗操作，請學生把有代表性數據填入表格.

活動五 在光屏上能找到與物體等大的像嗎？

教師：老師剛才在巡視的過程中發現，有的同學找到的像和物體相比，縮小或放大的不是很明顯，甚至看起來好像大小一樣.同學們覺得光屏上會不會有等大的像出現呢？

學生：有……

教師：僅用肉眼觀察能否判斷大小一樣？

學生：可以用尺子量一下字母“F”像與物的寬和高就知道了.

教師：回答得非常好！同學們試一試，看能否找到等大的像，如果能，記錄物距和像距.

活動六 數據分析.

教師：能在光屏上找到等大的像？

學生1：能，我們反復調節，只能得到一次等大的像，此時物距和像距幾乎相等，即 v=u=10cm.

學生2：我們也是只能找到一次等大的像，像距和物距相等，但是v=u=20cm.

教師：為什么不同組同學得到等大實像是在不同位置呢？請同學討論交流一下.

學生：我們用的是不同的凸透鏡.

教師：不同在什么地方？

學生：焦距不同，一個焦距是10cm，一個是5cm.

教師：看來不同的凸透鏡要得到等大的像，物距是不同的，那它們遵循什么共同規律嗎？

學生：不管是哪種凸透鏡，要得到等大的像，都必須要求物距u=2f.

教師：小組討論交流，分析表1和表2的數據，看光屏上得到縮小的像和放大的像時，遵循什么規律？

學生1：u>2f，光屏上可以得到縮小的像;2f>u>f，光屏上得到放大的像.

學生2：要想接到清晰的像，光屏放的位置也有規律.u>2f，光屏上得到縮小的像時，光屏到凸透鏡的距離（即像距）應該滿足2f>v>f;2f>u>f，光屏上得到放大的像時，像距應滿足v>2f.

學生3：物體離凸透鏡越遠，光屏上像變得越小;物體離凸透鏡越近，光屏上像變得越大.

學生4：像能用光屏接收到，說明是實像，且都是倒立的.

學生5：光屏上得到縮小實像時，vu.

學生6：像和物位于凸透鏡的異側.

活動七 找凸透鏡成正立、放大的虛像.

教師：剛才我們探究了物體通過凸透鏡可以在光屏上得到不同性質的像，同學們看這種現象？你在生活中見過嗎？（如圖3所示）

學生：是放大鏡.

教師：同學們試一試，物體放在距離凸透鏡多遠才能得到這種像？用光屏是否能接到像？記下物距的大小.（為了能看到各個位置放大像的全貌，此處可以用燭焰作為光源）

學生：動手操作.

教師：請同學根據實驗數據（見表3），分析得到這種像的條件及像的特點.

學生1：必須滿足物距u

學生2：像始終是正立放大的，且不能呈現在光屏上，是虛像.

學生3：物體距離凸透鏡越近，像放大的程度越小;離凸透鏡越遠，像放大的程度越大.

學生4：從光屏一側通過凸透鏡才能看到像，說明像和物在凸透鏡的同側.

活動八 實驗評估.

教師：同學們探究過程中，有沒有發現新的問題？或者探究方案有沒有不足之處呢？

學生1：利用光具座上刻度尺讀取物距和像距的時候，容易出錯.

學生2：判斷光屏上的像是放大還是縮小時，有時候看的不是很明顯，用尺子去量也不方便，可以把光屏直接做成帶有刻度的，像光具座那樣.

學生3：有時候成的像太大，超出了光屏的范圍，可以把光屏做大點.

學生4：在看正立放大虛像時，把物體遠到一定程度時，又看到了倒立的像.

教師：有同學實驗過程中，像出現在了光屏偏上或偏下位置了，你們如何解決的？試一試.

學生5：可以通過調節光屏或凸透鏡的高度使像呈現在光屏中央.

……

2 教學反思

學生在生活中見過凸透鏡，但對于物體經過凸透鏡能在光屏上成像還沒有感性認識.從學生觀察凸透鏡能在光屏上成像引入，能很大程度上激發學生興趣，引起探究欲望.

對生活中的物理現象進行簡化，把發光體（物體）、凸透鏡、光屏放在光具座上，讓學生經歷找像的過程.既能讓學生體驗到對物理問題進行簡化處理、建立模型的研究方法，又能讓學生體驗找到像時帶來的成就感和愉悅的情感體驗，為課堂學習注入積極的情感體驗，提高課堂學習效率.還能讓學生在光屏上找像的過程中，發現光屏上既可以出現縮小的像，也可以出現放大的像，為探究的問題做好鋪墊.同時，學生在找像的過程中，能感性認識到物體到凸透鏡距離不同時，導致光屏上的像不同，為學生進行合理的猜想與假設提供依據.

分析數據時，讓學生從光屏上得到等大的像入手，結合不同凸透鏡，學生在不同數據中找到相同點，即物距等于兩倍焦距時，可以在光屏上得到等大的像.在此基礎上，再引導學生分析光屏上得到縮小像和放大像時，物距需要滿足什么規律，降低了學生分析數據的認知難度.最后再分析成正立、放大虛像時，學生得出結論也就水到渠成了.

從觀察現象形成探究問題，到基于客觀事實的猜想，再到動手實驗、分析數據得出結論，體現了知識的發展過程，符合學生的認知過程，也是科學探究的過程.義務教育課程標準對于科學探究能力的基本要求作了詳細描述，科學探究能力的基本要求指標很多，一節科學探究課不可能也沒必要涉及所有能力的培養.本節課著重在收集實驗數據和分析實驗數據得出結論兩方面加強對學生科學探究能力的培養.

3 結語

物理教學中，要想讓科學探究真實發生，首先要求教師必須轉變教學觀念，不能只為知識而教，更應該關注知識產生過程，關注學生科學思維、科學探究能力發展.在此基礎上，教師要認真研讀教材和學生，了解知識發展的內在邏輯關系，考慮學生認知水平及認知習慣，設計適合學生探究的課堂教學流程，才能讓學生經歷真實的探究過程，獲得核心素養全面發展.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]劉炳昇，李容.義務教育教科書物理（八年級上冊）[M].南京：江蘇鳳凰科學技術出版社，2012.

[3]賈麗，朱文軍.探究凸透鏡成像規律實驗比較研究[J].物理教師，2013（1）：44-46.

[4]彭佳，許桂清，吳先球.六種版本初中教材“探究凸透鏡成像規律”實驗的比較與啟示[J].物理教學探討，2019，37（09）：22-25.

[5]李明.“探究凸透鏡成像規律”實驗光源的改進[J].科學咨詢（科技·管理），2019（08）：140.

（收稿日期：2019-11-24）